Способ регенерации натриевых солей из раствора черного щелока при производстве сульфатной целлюлозы

Изобретение относится к области производства целлюлозы и может быть использовано для регенерации натриевых солей из раствора черного щелока при производстве сульфатной целлюлозы.

Известен способ кислотно-щелочной переработки черного щелока сульфатного производства целлюлозы /Патент №2617569, МПК D21C 11/00, опубл. 25.04.2017, Казаков В.Г., Луканин П.В., Смирнова О.С./.

Суть способа заключается в том, что сульфатный раствор, полученный после выделения из черного щелока органических соединений в виде лигнина, подкислением раствора серной кислотой, обрабатывают солями щелочных металлов, например, КОН до РН≥7 и выпаривают с кристаллизацией солей до 100-500 г воды на 100 г сухих солей, при этом маточный раствор солей после разделения твердой и жидкой фаз и корректировки раствора, подачу его на абсорбцию сероводорода, направляют на варку технологической щепы, с сульфидностью 30%, а твердый продукт после его отделения и сушки выводят из процесса в качестве товарного продукта. Способ позволяет, при сохранении качества получаемого конечного продукта, упростить аппаратурно-технологическую схему процесса регенерации щелочей из черного щелока, повысить экологическую безопасность процесса переработки черных щелоков, осуществить диверсификацию производства.

К недостаткам описываемого способа следует отнести:

- при введении для нейтрализации каустической натриевой щелочи в результате выпаривания получают твердый сульфат натрия, который необходимо регенерировать для дальнейшего использования, имеющий низкий потребительский спрос;

- введение КОН не сказывается на качестве конечного продукта, но повышает коррозионную активность раствора, а большой расход дорогостоящего реагента и увеличение материальных потоков приводит к большим капитальным и эксплуатационным затратам;

- щелочной раствор, который после корректировки добавляют на варку технологической щепы имеет низкий % сульфидности - 30%, это сказывается на процессе делигнификации и увеличивает время варки до определенной степени провара.

Технической задачей является устранение указанных недостатков, а именно получение дополнительного продукта (сульфата калия) при снижении коррозионной активности раствора путем введения гидроксида натрия, при одновременном улучшении процесса варки и качества целлюлозы за счет повышения сульфидности белого щелока 55-85%, тем самым осуществляется диверсификация производства при сохранении качества варки целлюлозы.

Поставленная задача достигается тем, что в способе производства целлюлозы, включающий подкисление черного щелока серной кислотой с выделением органических соединений, содержащих лигнин, с последующей нейтрализацией полученного раствора щелочью, выпаривание раствора в две ступени с получением твердой фазы готового продукта, сульфата калия и щелочного раствора, который абсорбируют сероводородом с получением белого щелока, направляемого на варку технологической щепы, отличающейся тем, что нейтрализацию раствора после выделения органических соединений осуществляют гидроксидом натрия, направляемым со стадии абсорбции щелочного раствора, а после второй ступени выпаривания вводят гидроксида калия при соотношении NaOH:KOH 1:4, с получением готового продукта сульфата калия, причем щелочной раствор абсорбируют сероводородом подаваемым со стадии подкисления черного щелока с получением белого щелока при сульфидности 55-85%.

Существенным отличием заявленного способа является неразрывная совокупность действий, изложенная в формуле изобретения, что позволяет достигнуть технический результат, заключающийся в получение дополнительного продукта (сульфата калия) при снижении коррозионной активности раствора путем введения гидроксида натрия, при одновременном улучшении процесса варки и качества целлюлозы за счет повышения сульфидности белого щелока 55-85%, тем самым осуществляется диверсификация производства при сохранении качества варки целлюлозы.

Полученный твердый осадок обрабатывают раствором едкого калия. В результате обменной реакции между сульфатом натрия и раствором калийной щелочи по уравнению:

(Na_mK_n)SO₄+mKOH→K₂SO₄+mNaOH

образуются два продукта: твердый сульфат калия и раствор натриевой щелочи. При переработке твердого осадка путем его конверсии с раствором KOH полученную натриевую щелочь после дополнительной корректировки возвращают в процесс в качестве белого щелока на варку технологической щепы. Твердый продукт является ликвидным и может быть использован в виде удобрения сульфата калия.

Примеры реализации способа:

Пример 1

Маточный раствор лигнина после подкисления серной кислотой и нейтрализации гидроксидом натрия 122 г/дм³ упаривают до весового соотношения суспензии 500 г воды на 100 г сухих солей. Осадок сульфата натрия отфильтровывают и обрабатывают в непрерывном режиме при помощи автодозатора 50% раствором гидроксида калия, в соотношении NaOH: KOH 1:4, из условия получения молярной доли калийной щелочи в суспензии 60%. Время конверсии - 60 мин. Затем раствор фильтруют, в осадок сульфата калия переходит 82% K₂SO₄ (57% К₂О). Фильтрат, представляющий собой раствор едкой щелочи, подают на абсорбер, в который поступает сероводород со стадии подкисления черного щелока серной кислотой. Абсорбция осуществляется в 2 ступени, температура черного щелока 30°С, концентрация едкой щелочи 45%, в результате чего получается раствор белого щелока с сульфидностью 85%, который подают на варку технологической щепы.

Достигаемый эффект - получение раствора белого щелока с сульфидностью 85%. Получение сульфата калия 57% по К₂О, что отвечает высоким требованиям к сульфату калия как удобрению. Таким образом, помимо реализации замкнутой системы переработки черного щелока, так же осуществляется диверсификация производства с получением дополнительных товарных продуктов.

Пример 2

Маточный раствор лигнина после подкисления серной кислотой и нейтрализации гидроксидом натрия 183 г/дм³ упаривают до весового соотношения суспензии 300 г воды на 100 г сухих солей, после этого раствор фильтруют и твердый осадок сульфата натрия обрабатывают в непрерывном режиме при помощи автодозатора (50%) раствором гидроксида калия, в соотношении NaOH:KOH 1:4 из условия получения молярной доли калийной щелочи в суспензии 60%. Время конверсии - 43 мин. Затем раствор фильтруют. В осадок сульфата калия переходит 82% K₂SO₄ (54% К₂О). Фильтрат, представляющий собой раствор едкой щелочи, подают на абсорбер, в который поступает сероводород со стадии подкисления черного щелока серной кислотой. Абсорбция осуществляется в 1 ступени, температура черного щелока 10°С, концентрация едкой щелочи 45%, в результате чего получается раствор белого щелока с сульфидностью 80%о, который подают на варку технологической щепы.

Достигаемый эффект - Получение раствора белого щелока с сульфидностью 80%. Получение сульфата калия 54% по К₂О, что отвечает требованиям к сульфату калия как удобрению высокого качества.

При этом сокращается время конверсии и увеличивается производительность фильтрации в сравнении с условиями примера 1. Также сокращается количество ступеней абсорбера.

Пример 3

Маточный раствор лигнина после подкисления серной кислотой и нейтрализации гидроксидом натрия 146 г/дм³ упаривают до весового соотношения суспензии 500 г воды на 100 г сухих солей, после этого раствор фильтруют, и твердый осадок сульфата натрия обрабатывают в непрерывном режиме при помощи автодозатора 50% раствором гидроксида калия, в соотношении NaOH:KOH 1:4 из условия получения молярной доли калийной щелочи в суспензии 43%. Время конверсии - 60 мин. Затем раствор фильтруют, в осадок сульфата калия переходит 79% K₂SO₄ (55% К₂О). Фильтрат, представляющий собой раствор едкой щелочи, подают на абсорбер, в который поступает сероводород со стадии подкисления черного щелока серной кислотой. Абсорбция осуществляется в 2 ступени, концентрация едкой щелочи 40%, в результате чего получается раствор белого щелока с сульфидностью 55%, который подают на варку технологической щепы.

Достигаемый эффект - получение раствора белого щелока с сульфидностью 55%. Получение сульфата калия (55%) по К₂О, что отвечает требованиям к сульфату калия как удобрению. Дальнейшее уменьшение молярной доли калийной щелочи в суспензии приводит к существенному уменьшению выхода сульфата калия по К₂О и перестает удовлетворять требованиям к сульфату калия как удобрению.

Таким образом, совокупность действий позволяет увеличить сульфидность белого щелока, что является положительной характеристикой процесса варки сульфатной целлюлозы, так как уменьшает продолжительность варки до определенной степени провара, облегчает процесс делигнификации, а также выход целлюлозы, а также позволяет сделать цикл замкнутым и осуществить деверсификацию производства. Реализация предлагаемого способа позволяет:

- регенерировать натриевую щелочь путем перевода в твердый осадок сульфата натрия с последующей его обработкой раствором сульфата калия.

При этом получают натриевую оборотную щелочь и дополнительно удобрительный сульфат калия. Такая диверсификация технологического процесса позволит существенно снизить себестоимость получения целлюлозы.

- технологический процесс выпаривания вести без ввода в него коррозионно - активной добавки в раствор в виде калийной щелочи, что позволяет изготавливать выпарные аппараты из обычной углеродистой стали;

- регенерация натриевой щелочи осуществляют в гидрохимическом процессе при низких капитальных и энергетических затратах. В предлагаемом процессе нет необходимости в содорегенерационных котлах, где процесс получения натриевой щелочи связан с получением плава щелочей и последующими технологическими переделами получения из него зеленого щелока, его переработки с использованием вращающихся печей и ввода в процесс извести. Кроме того, эти технологические переделы энергозатратны, характеризуются высокими капитальными вложениями и экологической опасностью производства.